汽轮机叶片结垢在线诊断的一种新方法.pdf

第39卷第4期大连理工大学学报Vol.39,No.4
1999年7月JournalofDalianUniversityofTechnologyJul.1999

文章编号:100028608(1999)0420538204
汽轮机叶片结垢在线诊断的一种新方法

高洪涛,黄钟岳

(大连理工大学动力工程系,辽宁大连116024)

摘要:克服以往对汽轮机故障诊断侧重于对振动信号的监测与分析,而对
热力参数重视不够的局限,从对热力状态参数的监测与分析出发、以汽轮机
叶片结垢为例,研究了汽轮机叶片结垢与热力状态参数的关系;并以热力计
算结果为训练样本,建立了判别结垢程度的神经网络模型.经实例验证,该
模型可以较准确地判明叶片结垢程度.

关键词:蒸汽透平;热力计算;神经网络ö热参数诊断
中图分类号:TK212;TK263.3文献标识码:A

汽轮机被广泛应用于化工、石油化工、电力等诸多工业领域并发挥着重要作用,是企业中
的关键动力设备.汽轮机故障诊断的研究是机械设备故障诊断技术的重要应用技术之一.在
汽轮机故障诊断中发展较早也较成熟的是基于振动信号的监测和诊断技术,这往往是因为振
动信号中蕴含丰富的机组状态信息,很大程度上反映了机组健康状况,但是要对机组的状态进
行全面评价和对各种典型故障进行诊断,只是依靠基于振动信号的诊断技术是不够的,必须针
对更全面(机械和热力)的状态参数进行更复杂的信息处理和综合.利用综合诊断技术,除振
动故障诊断技术外,热力参数诊断技术是不可忽视、不可缺少的重要方面[1].
近几年,国内外有人对电站汽轮机的热参数进行监测并用以进行故障诊断[2,3],而工业汽
轮机热参数诊断更具特点,研究才刚刚开始,有大量问题亟待解决.为此,本文针对某化工厂
实际机组,从热力参数诊断的角度研究了该机组叶片结垢与各热力状态参数的关系,并考虑在
线诊断的要求,以这些关系数据为训练样本,建立了叶片结垢诊断神经网络.

1热力计算

热力参数对汽轮机通流部分及其相关系统故障的反应十分敏感.汽轮机通流部分的一些
故障诸如堵塞、结垢、喷嘴冲蚀、叶片损坏脱落、密封磨损等都会引起如监视段压力、排汽参数
等热力参数、流量、效率和功率等性能参数以及轴向推力等的变化.以叶片结垢为例,叶片结
垢使流通面积变化,直接影响流通特性,使相应热力参数改变,使流动有关损失变化从而使效
率发生变化.分析这些变化的有效方法之一是汽轮机的热力计算.

收稿日期:1998207223;修订日期:1999204210
作者简介:高洪涛(1966～),男,博士;黄钟岳(1937～),男,教授.
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第4期高洪涛等:汽轮机叶片结垢在线诊断的一种新方法935

1.1热力计算过程
以某厂GT201机组高压缸为例.该高压缸由1
○开始
个调节级和7个反动级组成,部分热力计算流程如图
1所示;步骤如下:第一次正算
得到压力分布等正算
(1)进行设计工况等典型工况核算以确定有关
系数及参量.
反算得到反算压力分布
(2)设定平均级结垢厚度及各级叶片结垢厚度(依正算所得有关数据)修正压力
分布,计算通流面积.其中结垢厚度分布与机组的

形式结构、工作参数和当地水质等多种因素有关,可正、反算压力否
根据以往该机组(或相似条件下的相似机组)结垢分是否一致
布及概率来确定.是

(3)第一次正算.可依据弗留格尔公式由设计给出正算结果
工况时的级后压力求得各级的级后压力分布,按照
修正后的各级反动度确定各级喷嘴后的压力,从而○结束
可获得各级的焓降分配、效率等并且不必判断是否
,图1一种混合计算流程
发生临界流动.图2给出该高压缸调节级和反动级
依动静叶出口面积比f而变化的反动度8修正曲
线.
(4)反算.反算是从级后参数向前计算,确定本
级级前参数,亦即从最后一级的级后参数,获得各级
的级后压力分布.一般情况下,级组排汽压力已知,
而排汽温度要么没测要么由于测点布置不便测不
准,因此,在反算时可先假定一排汽温度,反算到第
一级时以级组前压力值为准来定级组前温度值;当
计算得到的温度值与给定值不同时再调整排汽温度
值;重复反算过程,直到满足要求为止.
(5)比较反算的各级级后压力与前次正算的结
果是否一致.当比较结果满足精度要求,则给出该图2各级反动度修正曲线
组结垢厚度与各参数的关系数据;否则,调整各级后压力值,重复如图1所示各步,直到满足要
求为止.其中,第二次以后的正算中各级级后压力按每次调整的压力进行计算.
1.2计算结果讨论
应用前述方法可计算出结垢对轮室压力(监视段压力)、功率和效率等参数的影响.以某
GT201机组高压缸为例进行了结垢模拟计算,部分